【摘要】：混合驅(qū)動機構(gòu)同時采用常速電機和伺服電機兩種驅(qū)動形式,通過一類特殊滿足常速驅(qū)動功能的可控機構(gòu)進行耦合,使動平臺輸出端軌跡具備靈活多變的特點,理論上解決了高承載力與柔性化之間的矛盾,是現(xiàn)代機構(gòu)學的重要分支之一�；旌向�(qū)動機構(gòu)能夠彌補傳統(tǒng)大功率剛性機器柔性不足和全柔性機器造價昂貴和功率不足的缺點,是介于現(xiàn)代化實時可控的全柔性機構(gòu)和傳統(tǒng)的剛性完全不可控機構(gòu)之間的一種智能化機構(gòu)。目前混合驅(qū)動機構(gòu)的研究內(nèi)容主要局限于平面二自由度和三自由度機構(gòu)的運動學、動力學和控制以及應用方面;而在向空間機構(gòu)拓展過程中受制于機構(gòu)構(gòu)型技術瓶頸,對于空間多自由度連桿式的混合驅(qū)動機構(gòu)沒有文獻可供參考,空間混合驅(qū)動機構(gòu)的研究沒有取得突破性進展�；旌向�(qū)動機構(gòu)有其獨特的優(yōu)越性,特別適合少自由度,滿足一定柔性需求的生產(chǎn)線、工廠、醫(yī)療康復領域,將混合驅(qū)動機構(gòu)的研究領域從平面機構(gòu)拓寬到空間機構(gòu)是具有重要的理論意義和實用價值。本文基于混合驅(qū)動理論,分析了前人研究的構(gòu)型停留在平面構(gòu)型的原因,結(jié)合冗余驅(qū)動并聯(lián)機構(gòu)構(gòu)型特點,通過混合冗余驅(qū)動支鏈將兩類機構(gòu)有機集成起來,形成一類新的混合冗余驅(qū)動機構(gòu)(HRDM)。文中對這種新型機構(gòu)進行了基礎理論研究,以新型空間三自由度HRDM構(gòu)型3-PSS/6R為研究對象,對機構(gòu)實現(xiàn)給定軌跡的運動學基礎、靜力學和結(jié)構(gòu)剛度、軌跡規(guī)劃、動力學模型、控制策略、以及實驗和控制系統(tǒng)進行探索性研究。本文主要內(nèi)容如下:(1)提出了一類可重構(gòu)的混合冗余驅(qū)動機構(gòu),這類機構(gòu)自由度由中間混合冗余驅(qū)動支鏈(HRDL)決定,在工作狀況下此支鏈為機構(gòu)的主要受力部件,由常速電機和伺服電機共同驅(qū)動,其中常速電機是整個機構(gòu)的主要動力來源,伺服電機通過實時調(diào)整輸入力矩對動平臺的軌跡精確補償。(2)分析了 3-PSS/6RHRDM的自由度,建立了運動學模型,并對其工作空間進行了分析,得出工作空間圖譜;運用ADAMS軟件驗證了運動學模型的正確性,驅(qū)動電機運行平穩(wěn),其機構(gòu)運動可控。(3)基于虛位移原理,建立HRDM靜力平衡方程,得到機構(gòu)輸入驅(qū)動和廣義力之間的關系。HRDM支鏈較一般機構(gòu)多,考慮重力對機構(gòu)的靜力分析的影響不可忽略。因此,將各機構(gòu)構(gòu)件和運動副的重力因素重新考慮到靜力分析中,建立新的靜平衡方程。采用拆桿法將HRDM機構(gòu)中的桿件從運動副處拆開,結(jié)合虛功原理,分析各個運動副的受力情況。(4)機構(gòu)的剛度好壞,直接決定機構(gòu)的動態(tài)性能的好壞,是機構(gòu)進行運動學分析的基礎。建立機構(gòu)剛度模型,運用有限元法對機構(gòu)的剛度進行驗證。通過有限元分析得到機構(gòu)的振動特性、應力和變形情況,得到HRDM結(jié)構(gòu)中存在的薄弱環(huán)節(jié),為機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設計提供理論支撐。(5)運用拉格朗日法建立了 3-PSS/6R機構(gòu)的動力學模型。通過動力學分析得到中間HRDL支鏈不僅能夠提高機構(gòu)的剛度,還是機構(gòu)的主要動力來源,相比對稱支鏈,中間支鏈承擔了整個動力源的大部分,設計中要考慮增加中間支鏈的強度,其余對稱分布的支鏈承受的力非常小可以用較小功率的伺服電機驅(qū)動。HRDL支鏈一個電機為不可控的常速電機,周而復始的運動,在工作周期內(nèi),提供主要的動力,通過優(yōu)化伺服電機的驅(qū)動力矩能夠明顯降低對稱支鏈的力。因此,HRDM機構(gòu)有其獨特性,其性能可通過控制方法對其優(yōu)化。(6)針對文中提出的一類n-DOF混合冗余驅(qū)動并聯(lián)機構(gòu),在可重構(gòu)理論基礎上,從實驗需求出發(fā),提出了一種模塊化可重構(gòu)的開放式控制系統(tǒng)架構(gòu)。以文中研究的3-PSS/6R為例,提出了基于神經(jīng)網(wǎng)絡補償?shù)姆答伨�性化控制策略。最后,通過實驗驗證該機構(gòu)的軌跡可控。
【學位授予單位】：中北大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TH112
【圖文】：

圖１．３混合驅(qū)動六足機器人實驗平臺逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．３邋Ｔｈｅ邋ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ邋ｐｌａｔｆｏｒｍ邋ｏｆ邋ｈｙｂｒｉｄ邋ｄｒｉｖｅｎ邋ｈｅｘａｐｏｄ邋ｒｏｂｏ（３）康復機構(gòu)逡逑混合驅(qū)動機構(gòu)被開發(fā)出應用于醫(yī)療康復領域。尹光才［８１］分析了人體

逡逑生特性及良好的運動特性，如圖１．５所示。逡逑框架康？思者．．．腰帶邋重力＇平衡逡逑ｍ逡逑枈，

本文編號：2715186